(57)【要約】【課題】  位相遅延の測定装置及び測定方法の提供。【解決手段】  本発明の装置は、単色光源部、光検出部、偏光板及び分極分光部を具え、該単色光源部がパルス光線を発生し、該光検出部が該単色光源部の一側に設置され、該偏光板は該単色光源部と該光検出部の間に設置され、該分極分光部は該偏光板と該光検出部の間に設置される。該測定方法によると、被測定物が偏光板と分極分光部の間に設置され、該単色光源部の発生する単色パルス光が偏光板を通り偏極光を発生し、該偏極光が該被測定物を通過して位相遅延光を発生し、該位相遅延光が該分極分光部と該光検出部を通過して非常光と非尋常光が被測定物を通過する時間差を測定し、復調の後に該被測定物の位相遅延量を得る。【選択図】        図２
2006189411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相遅延測定装置において、
パルス光線を発生する単色光源部と、
該単色光源部の一側に設置された光検出部と、
該単色光源部と該光検出部の間に設置された偏光板と、
該偏光板と該光検出部の間に設置された分極分光部と、
を具えたことを特徴とする、位相遅延測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の位相遅延測定装置において、偏光板は特定角度線形偏光板、円極性偏光板、及び楕円極性偏光板のいずれかとされたことを特徴とする、位相遅延測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の位相遅延測定装置において、分極分光部が分極分光器とされたことを特徴とする、位相遅延測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の位相遅延測定装置において、分極分光部が分光器と少なくとも二つの偏光板で構成されたことを特徴とする、位相遅延測定装置。
【請求項５】
位相遅延測定方法において、この方法により被測定物の位相遅延を検出でき、以下のステップ、即ち、
（ａ）位相遅延の測定装置を提供し、それは、単色光源部、光検出部、偏光板及び分極分光部を具え、該単色光源部がパルス光線を発生し、該光検出部が該単色光源部の一側に設置され、該偏光板は該単色光源部と該光検出部の間に設置され、該分極分光部は該偏光板と該光検出部の間に設置されるものとするステップ、
（ｂ）被測定物を偏光板と該分極分光部の間に設置するステップ、
（ｃ）該単色光源部よりパルス光を偏光板に投射させて偏極光を発生させるステップ、  （ｄ）該偏極光を該被測定物に投射させて位相遅延光を発生させるステップ、
（ｅ）分極分光部で位相遅延光を尋常光（ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）及び非尋常光（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）に分けるステップ、
（ｆ）光検出部を利用して尋常光と該非尋常光のパルスの時間差を検出するステップ、  （ｇ）該時間差を利用して位相遅延量を求めるステップ、
を具えたことを特徴とする、位相遅延測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の位相遅延測定方法において、偏光板は特定角度線形偏光板、円極性偏光板、及び楕円極性偏光板のいずれかとされたことを特徴とする、位相遅延測定方法。
【請求項７】
請求項５記載の位相遅延測定方法において、分極分光部が分光器と少なくとも二つの偏光板で構成されたことを特徴とする、位相遅延測定方法。
【請求項８】
請求項５記載の位相遅延測定方法において、分極分光部が分極分光器とされたことを特徴とする、位相遅延測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位相遅延の測定装置及び測定方法に係り、特に、偏光板、分光器の組合せを利用して複屈折物質の位相遅延を測定する一種の位相遅延の測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な液晶ディスプレイの液晶コーティングの領域にあって、表示品質に相当に重要な影響を与えるパラメータには、液晶分子のねじれ角（ｔｗｉｓｔ  ａｎｇｌｅ）及び位相遅延量（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）がある。
【０００３】
上述のパラメータは液晶表示品質に影響を与える重要な指標であり、このため関係する研究或いは特許が相当に多い。以下に現在開示されている技術について説明を行なう。
（ａ）特許文献１：  被測定液晶の前後にそれぞれ偏光板が設置され、単色光が通過させられ、被測定液晶回転角度を調整することで被測定液晶を通過して偏光検査板に至る光の強度を測定し、その後、方程式の演算により該被測定液晶のねじれ角度と位相遅延量を求める。
（ｂ）特許文献２：  ホトディテクターで液晶を通過してから特定角度回転した偏光板と４分の１波長板に至る光の強度を測定し、その後、ストークパラメータ（Ｓｔｏｋｅｓ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）の計算により、該液晶の厚さとねじれ角度を知る。
（ｃ）特許文献３：  光学コンピュータ計算システムにより位相遅延量を測定する。この方法によると、２つの位相差が９０度の線形偏極光に被測定物を通過させて光学干渉調紋を発生させ、異なる材料の有する異なる種類の条紋パターンを利用し、コンピュータ演算対比により位相遅延量を求める。
【０００４】
総合すると、周知の発明に記載の方式は操作上不便であり、並びに簡単及び快速な方式で液晶のパラメータを得られない。このため上述の周知の技術の欠点を解決する一種の位相遅延の測定装置及び測定方法が求められている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，６３３，３５８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３００，９５４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８２５，４５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主要な目的は一種の位相遅延の測定装置及び測定方法を提供し、位相遅延測定を達成することにある。
【０００７】
本発明の次の目的は、一種の位相遅延の測定装置及び測定方法を提供し、偏光板及び分極分光部の組合せを利用し、位相遅延を測定し、構造を簡単とし、製造を容易とし、製造コストを下げられるようにすることにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、一種の位相遅延の測定装置及び測定方法を提供し、偏光板及び分極分光部の組合せを利用し位相遅延を測定して快速測定と正確な測定が行なえるようにすることにある。
【０００９】
本発明は一種の位相遅延の測定装置を提供し、それは、単色光源部、光検出部、偏光板及び分極分光部を具え、該単色光源部がパルス光線を発生し、該光検出部が該単色光源部の一側に設置され、該偏光板は該単色光源部と該光検出部の間に設置され、該分極分光部は該偏光板と該光検出部の間に設置される。
【００１０】
本発明は一種の位相遅延の測定方法を提供し、それは以下のステップを包含し、即ち、  （ａ）位相遅延の測定装置を提供し、それは、単色光源部、光検出部、偏光板及び分極分光部を具え、該単色光源部がパルス光線を発生し、該光検出部が該単色光源部の一側に設置され、該偏光板は該単色光源部と該光検出部の間に設置され、該分極分光部は該偏光板と該光検出部の間に設置されるものとする。
（ｂ）被測定物を偏光板と該分極分光部の間に設置する。
（ｃ）該単色光源部よりパルス光を偏光板に投射させて偏極光を発生させる。
（ｄ）該偏極光を該被測定物に投射させて位相遅延光を発生させる。
（ｅ）分極分光部で位相遅延光を尋常光（ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）及び非尋常光（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）に分ける。
（ｆ）光検出部を利用して尋常光と該非尋常光のパルスの時間差を検出する。
（ｇ）該時間差を利用して位相遅延量を求める。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、位相遅延測定装置において、
パルス光線を発生する単色光源部と、
該単色光源部の一側に設置された光検出部と、
該単色光源部と該光検出部の間に設置された偏光板と、
該偏光板と該光検出部の間に設置された分極分光部と、
を具えたことを特徴とする、位相遅延測定装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の位相遅延測定装置において、偏光板は特定角度線形偏光板、円極性偏光板、及び楕円極性偏光板のいずれかとされたことを特徴とする、位相遅延測定装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の位相遅延測定装置において、分極分光部が分極分光器とされたことを特徴とする、位相遅延測定装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の位相遅延測定装置において、分極分光部が分光器と少なくとも二つの偏光板で構成されたことを特徴とする、位相遅延測定装置としている。
請求項５の発明は、位相遅延測定方法において、この方法により被測定物の位相遅延を検出でき、以下のステップ、即ち、
（ａ）位相遅延の測定装置を提供し、それは、単色光源部、光検出部、偏光板及び分極分光部を具え、該単色光源部がパルス光線を発生し、該光検出部が該単色光源部の一側に設置され、該偏光板は該単色光源部と該光検出部の間に設置され、該分極分光部は該偏光板と該光検出部の間に設置されるものとするステップ、
（ｂ）被測定物を偏光板と該分極分光部の間に設置するステップ、
（ｃ）該単色光源部よりパルス光を偏光板に投射させて偏極光を発生させるステップ、  （ｄ）該偏極光を該被測定物に投射させて位相遅延光を発生させるステップ、
（ｅ）分極分光部で位相遅延光を尋常光（ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）及び非尋常光（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）に分けるステップ、
（ｆ）光検出部を利用して尋常光と該非尋常光のパルスの時間差を検出するステップ、  （ｇ）該時間差を利用して位相遅延量を求めるステップ、
を具えたことを特徴とする、位相遅延測定方法としている。
請求項６の発明は、請求項５記載の位相遅延測定方法において、偏光板は特定角度線形偏光板、円極性偏光板、及び楕円極性偏光板のいずれかとされたことを特徴とする、位相遅延測定方法としている。
請求項７の発明は、請求項５記載の位相遅延測定方法において、分極分光部が分光器と少なくとも二つの偏光板で構成されたことを特徴とする、位相遅延測定方法としている。
請求項８の発明は、請求項５記載の位相遅延測定方法において、分極分光部が分極分光器とされたことを特徴とする、位相遅延測定方法としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は一種の位相遅延の測定装置及び測定方法を提供し、本発明の装置は、単色光源部、光検出部、偏光板及び分極分光部を具え、該単色光源部がパルス光線を発生し、該光検出部が該単色光源部の一側に設置され、該偏光板は該単色光源部と該光検出部の間に設置され、該分極分光部は該偏光板と該光検出部の間に設置される。該測定方法によると、被測定物が偏光板と分極分光部の間に設置され、該単色光源部の発生する単色パルス光が偏光板を通り偏極光を発生し、該偏極光が該被測定物を通過して位相遅延光を発生し、該位相遅延光が該分極分光部と該光検出部を通過して非常光と非尋常光が被測定物を通過する時間差を測定し、復調の後に該被測定物の位相遅延量を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は光が複屈折率を具えた物質を通過する光程表示図である。光５０が直接複屈折率を具えた被測定物６（例えば液晶）に直射されてそれを通過する時、被測定物６の異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）特質により、直射された光５０は被測定物６内で２つの速度が同じでない偏極光に分けられ、二種類の異なる屈折率を形成する。そのうち、不屈折の光線は尋常光５４（ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）とされ、速度が速く、もう一方の屈折光は非尋常光５５（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）とされ、速度が遅い。説明に便利なように、該尋常光の屈折率をｎo （ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）で表示し、該非尋常光の屈折率をｎe （ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）で表示する。
【００１４】
複屈折率の関係により、尋常光と非尋常光が被測定物中で走行する光程は同じでなく、これにより該尋常光及び非尋常光は相互に位相差を有し、これにより位相遅延（ｐｈａｓｅ  ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）の現象を発生する。位相遅延の公式は以下のとおりである。
【００１５】
【数１】
2006189411.tif 000003
【００１６】
そのうち、ｎo は尋常屈折率、ｎe は非尋常屈折率である。λは測定光波長であり、ｄは被測定物の厚さである。
【００１７】
正確に位相遅延の結果を測定できるように、（１）式の屈折率ｎe 及びｎo を光速と光の媒体中での速度で変換すると以下のような結果となる。
【００１８】
【数２】
2006189411.tif 000004
【００１９】
そのうち、Ｃは光速、Ｖe は非尋常光の速度、Ｖo は尋常光の速度であり、速度と距離の比の値は所要時間の導数とされ、これにより（２）式は以下のように変換される。
【００２０】
【数３】
2006189411.tif 000005
【００２１】
（３）式を整理すると以下のような結果が得られる。
【００２２】
【数４】
2006189411.tif 000006
【００２３】
公式（４）の推察により、尋常光と非尋常光が被測定物中で行進するのに必要な時間差を測定できれば、公式（４）により位相遅延の結果が推察できる。
【００２４】
図２は本発明の位相遅延の測定装置の好ましい実施例の組合せ表示図である。位相遅延測定を実現するため、該位相遅延測定装置２は、単色光源部２１、光検出部２４、偏光板２２及び分極分光部２３を具えている。図３及び図４はパルス光実施表示図である。該単色光源部２１はパルス光線５１を発生し、該単色光源部２１はパルスレーザー２１１及び光チョッパー装置２１２のいずれかが選択される。該光チョッパー装置２１２は単色連続光発生装置２１２１及びチョッパー２１２２を具え、チョッパー２１２２の回転によりパルス光線５１を発生する。さらに図２に戻って説明する。該光検出部２４は、該単色光源部２１の一側に設置される。該偏光板２２は該単色光源部２１と該光検出部２４の間に設置される。該偏光板２２は特定角度線形偏光板、円極性偏光板、及び楕円極性偏光板のいずれかとされる。該分極分光部２３は、該偏光板２２と該光検出部２４の間に設置され、本実施例では該分極分光部２３は分極分光器（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ；ＰＢＳ）とされる。図５は本発明の位相遅延測定装置の別の実施例の組合せ図である。本実施例中、該分極分光部は分光器２３１及び二つの偏光板２３２ａ、２３２ｂで構成されている。そのうち、該二つの偏光板２３２ａ、２３２ｂの偏極方向は相互に垂直である。
【００２５】
更に本発明の精神を詳細に説明するため、図２及び図６を参照されたい。そのうち、図６は本発明の位相遅延測定方法のフローチャートである。このフローは以下のステップを包含する。
ステップ３１：  位相遅延測定装置２を提供し、それは、単色光源部２１、光検出部２４、偏光板２２及び分極分光部２３を具え、該単色光源部２１がパルス光線を発生し、該光検出部２４が該単色光源部２１の一側に設置され、該偏光板２２は該単色光源部２１と該光検出部２４の間に設置され、該分極分光部２３は該偏光板２２と該光検出部２４の間に設置されるものとする。
ステップ３２：  被測定物を偏光板２２と該分極分光部２３の間に設置する。
ステップ３３：  該単色光源部２１よりパルス光を偏光板２２に投射させて偏極光を発生させる。
ステップ３４：  該偏極光を該被測定物に投射させて位相遅延光を発生させる。
ステップ３５：  分極分光部２３で位相遅延光を尋常光（ｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）及び非尋常光（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  ｒａｙ）に分ける。
ステップ３６：  光検出部２４を利用して尋常光と該非尋常光のパルスの時間差を検出する。
ステップ３７：  該時間差を利用して位相遅延量を求める。
【００２６】
そのうち、被測定物は液晶パネルとされうる。図３と図４に示されるように、該単色光源部２１はパルスレーザー２１１及び光チョッパー装置２１２のいずれかが選択される。該光チョッパー装置２１２は単色連続光発生装置２１２１及びチョッパー２１２２を具えている。該偏光板２２は特定角度線形偏光板、円極性偏光板、及び楕円極性偏光板のいずれかとされる。図５に示されるように、該分極分光部２３は分極分光器（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ；ＰＢＳ）及び分光器２３１と二つの偏光板２３２ａ、２３２ｂの組合せのいずれかとされる。
【００２７】
さらに上述のステップを詳細に了解いただくため、図７の光電磁場分布表示図を参照されたい。光は相互に垂直な電場及び磁場振動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ）により構成される電磁場であり、説明に便利なように、電場の部分により光の進行を代表する。これは光中にあって、磁場は電場に垂直であり、これにより磁場の分布は基本的に電場と同じである。
【００２８】
図８は単色パルス光が４５度線形偏光板を通過する電場分布表示図である。本実施例では、Ｘ、Ｙ及びＺの三軸の座標空間により説明する。通常の情況で光波はどの方向にあっても振動を有し、ゆえにステップ３３にあって、単色光源部２１の提供するパルス光線５１（各角度についていずれも振動を有する）が、４５度偏光板２２を通過する時に、第１平面偏極光５２１と第２平面偏極光４２２を形成する。そのうち、第１平面偏極光５２１は第２平面偏極光５２２と垂直である。
【００２９】
続いて、図９を参照されたい。図９は偏極光が被測定物を通過する時の位相遅延表示図である。本実施例中、液晶７が被測定物とされる。ステップ３４中で、偏極光が液晶７を通過する時、液晶分子の構造が異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）であるため、液晶は複屈折の特性を有し、ゆえに該偏極光５２が該液晶７を通過する時に、位相遅延光５３を形成し、該位相遅延光５３はＸＹ平面のベクトルとＹＺ平面のベクトルに位相差５６を有する。位相差５６を発生する原因は尋常光と非尋常光の液晶７内での速度の違いの結果である。
【００３０】
図１０は位相遅延光が分極分光部を通過する時の分光表示図である。ステップ３５を説明する前、まず分極分光部２３の原理について説明する。該分極分光部２３の特徴は、入射光を透過光と反射光に分けることにあり、透過光が該分極分光部の出光面を通過する時、該出光面は偏極化の効果を有し、これにより透過光が第１偏極光（Ｓ型）を形成し、同様に該反射光が該分極分光部の出光面を通過する時に、第２偏極光（Ｐ型）を形成する。該分極分光部２３の原理を了解いただいた後には、位相遅延光５３が上述の原理を利用して該分極分光部を通過して該尋常光５４と該非尋常光５５に分けられることが理解される。
【００３１】
図１１は尋常光と非尋常光の時間差表示図である。ステップ３６にあって、尋常光５４及び非尋常光５５が該光検出部により検出された後、パルス光線の関係により図示されるものに類似のパターンが得られる。その水平軸は時間軸とされ、これにより得られる尋常光及び非尋常光のパルス部の時間差△t が得られる。ステップ３７において、既に時間差△ｔが得られたことにより式（４）を利用して該液晶の位相遅延量を計算することができる。
【００３２】
以上は本発明の好ましい実施例の説明であって、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【００３３】
総合すると、本発明は操作が容易で、製造が簡単で組立が容易な特徴を有し、業界の要求を満足させ、産業上の競争力を高めることができ、特許の要件を具備している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】光が複屈折率を具えた物質を通過する光程表示図である。
【図２】本発明の位相遅延の測定装置の好ましい実施例の組合せ表示図である。
【図３】本発明のパルス光実施表示図である。
【図４】本発明のパルス光実施表示図である。
【図５】本発明の位相遅延測定装置の別の実施例の組合せ図である。
【図６】本発明の位相遅延測定方法のフローチャートである。
【図７】光電磁場分布表示図を参照されたい。
【図８】単色パルス光が４５度線形偏光板を通過する電場分布表示図である。
【図９】偏極光が被測定物を通過する時の位相遅延表示図である。
【図１０】位相遅延光が分極分光部を通過する時の分光表示図である。
【図１１】尋常光と非尋常光の時間差表示図である。
【符号の説明】
【００３５】
２  位相遅延測定装置
２１  単色光源部
２１１  パルスレーザー
２１２  光チョッパー装置
２１２１  単色連続光発生装置
２１２２  チョッパー
２２  偏光板
２３  分極分光部
２３１  分光器
２３２ａ、２３２ｂ  偏光板
２４  光検出部
３  フロー
３１〜３７  ステップ
５０  光
５１  パルス光線
５２  偏極光
５２１  第１平面偏極光
５２２  第２平面偏極光
５３  位相遅延光
５４  尋常光
５５  非尋常光
５６  位相差
６  被測定物
７  液晶
【図１】
2006189411.tif 000007
【図２】
2006189411.tif 000008
【図３】
2006189411.tif 000009
【図４】
2006189411.tif 000010
【図５】
2006189411.tif 000011
【図６】
2006189411.tif 000012
【図７】
2006189411.tif 000013
【図８】
2006189411.tif 000014
【図９】
2006189411.tif 000015
【図１０】
2006189411.tif 000016
【図１１】
2006189411.tif 000017